[发明专利]一种耦合馈电的高增益蝶形缝隙天线

说明书

技术领域

本发明涉及小型化超宽带天线领域，特别是一种耦合馈电的高增益蝶形缝隙天线。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，发展性能更优的天线成为必然。微带缝隙天线具有低副瓣、低剖面、良好的隔离、易于安装和易于集成到其他平面电路等优点，被广泛应用于无线通信、雷达等领域。但微带缝隙天线的窄带特性又限制了其应用。近几年来，蝴蝶结形缝隙天线因其宽频带和紧凑的结构而受到广泛关注。研究表明，当具有设计合理的馈电网络时，蝶形缝隙天线可以获得较好的宽带性能。

文献1(S.Mukherjee,Soumava,A.Biswas,and K.V.Srivastava,“Broadband Substrate Integrated Waveguide cavity-backed bow-tie slot antenna,”IEEE Antennas Wireless Propag Letters,vol.13,no.6,pp.1152-1155,June 2014.)提出了一种基于基片集成波导腔的蝶形缝隙天线，其中基片集成波导腔可以实现缝隙天线的定向辐射。蝶形缝隙通过改变基片集成波导腔中两种不同谐振模式的谐振频率，将其变为混合工作模式，有效地扩展天线工作带宽。但其带宽仍然相对较窄，难以达到某些宽带应用领域的要求。

文献2(Xu Lina,L.Li,and W.Zhang,“Study and design of broadband bow-tie slot antenna fed with asymmetric CPW,”IEEE Trans Antennas Propag,vol.63,no.2,pp.760-765,Feb.2015.)提出了一种共面波导(CPW)馈电的蝶形缝隙天线，采用非对称的共面波导，获得了良好的宽带效应，通过在蝶形槽内部加载三角形环形导带提高天线的低频增益，使天线在工作频带内的增益更平坦。

文献3(U.K.Deshmukh,Y.K Choukikar,and S.B.Naik,“Design of CPW fed bow-tie slot antenna for ground penetrating radar application,”IEEE International Conference on Recent Trends in Electronics,2016,pp.1820-1823.)提出了一种应用于超宽带探地雷达系统的碟形缝隙天线，通过改变蝶形缝隙的形状拓展了带宽，并加载铝背腔获得单向辐射，从而提高天线增益，在探地雷达系统中性能表现稳定良好，但相对尺寸仍然较大，无法适用于小型化的工作环境。

由上可知，蝶形缝隙天线克服以往带宽较窄的缺陷，却仍然存在增益不高、相对尺寸较大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超宽带、高增益、单向辐射的耦合馈电蝶形缝隙天线，具有相对紧凑的尺寸并具有平坦的增益特性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种耦合馈电的高增益蝶形缝隙天线，其特征在于，包括：PCB介质板、泡沫板、金属反射板和金属匹配圆柱，所述泡沫板位于PCB介质板下方，所述金属反射板位于泡沫板下方，所述金属匹配圆柱位于PCB介质板四个角上并贯穿PCB介质板、泡沫板和金属反射板，所述PCB介质板上表面印制蝶形槽金属贴片，PCB介质板下表面印制一条微带线馈线作为微带馈源，所述微带线馈线的一端通过波端口与蝶形槽金属贴片连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明提出的蝶形缝隙天线，通过微带线馈线的扇形终端和蝶形槽矩形缝隙处耦合对天线进行馈电，蝶形槽末端采用半圆形辐射槽，并加载4根金属匹配圆柱，改善了天线的阻抗匹配，提高了天线的带宽，使天线工作在1.18～3.22GHz，相对带宽达到92.7％。(2)本发明提出的蝶形缝隙天线，通过在辐射贴片下方附加金属反射板，获得了良好的单向辐射特性，并提高了天线增益，介质板与金属反射板之间加入泡沫板用以固定结构。天线在工作频带内增益均大于5dBi，最大增益可达9.56dBi，交叉极化水平低于-30dBi。(3)本发明提出的蝶形缝隙天线，整体尺寸为0.39λ_l*0.39λ_l*0.12λ_l，具有相对紧凑的小型化结构，易于加工，适用于宽带无线通信系统。

下面结合附图对本发明进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明耦合馈电的高增益蝶形缝隙天线结构三维图。